本發(fā)明涉及一種通過減小熱軋帶鋼軋后橫向溫差的殘余應(yīng)力減量化的方法。

背景技術(shù)：
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鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，在國家建設(shè)中占有非常重要的地位。近些年來，中國鋼鐵工業(yè)取得了長足的發(fā)展，已成為世界上最大的鋼鐵生產(chǎn)、進口和消費國，為國民經(jīng)濟持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展做出了重要貢獻，也對國際鋼鐵業(yè)的發(fā)展起到了積極的作用。但同時，鋼鐵產(chǎn)量的增加，鋼鐵總體需求量下降，導(dǎo)致產(chǎn)量相對過剩。在這種形勢下，各鋼鐵企業(yè)競爭日益激烈，加快產(chǎn)業(yè)升級，提高產(chǎn)品質(zhì)量，以增強企業(yè)競爭力。

在此背景下，市場對帶鋼板形的要求也越來越高。板形控制技術(shù)不斷涌現(xiàn)，雖然不斷的涌現(xiàn)的板形問題，對應(yīng)有不同的解決思路，但對于熱軋板形的研究工作大部分集中在軋制階段。近幾年，在板形控制技術(shù)的發(fā)展方向上取得了一些共識，認為板形控制技術(shù)不應(yīng)過多地只集中在軋制區(qū)域，下游工序（如冷卻等）同樣需要關(guān)注，否則難以達到理想的板形控制效果。層流冷卻是板帶生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。該技術(shù)普遍采用層流冷卻系統(tǒng)控制板帶的軋后冷卻速度和卷取溫度，使板帶獲得良好的金相組織和力學(xué)性能。采用層流冷卻工藝要保證有較好的冷卻均勻性、較高的卷取溫度控制精度以及對冷卻速度的有效控制。但在實際軋制冷卻過程中，由于冷卻速率和冷卻均勻性等方面原因形成的熱應(yīng)力、組織應(yīng)力等共同作用，易造成板帶瓢曲、波浪等板形問題。

目前已有對層流冷卻階段產(chǎn)生的殘余應(yīng)力減量化的研究和嘗試，但是主要手段是層流冷卻階段采取手段。如文獻1（熱軋帶鋼層流冷卻過程中殘余應(yīng)力分析，2010，材料熱處理學(xué)報）研究了層流冷卻過程中邊部的冷卻不均導(dǎo)致的邊部溫降和相變行為的差異對帶鋼殘余應(yīng)力產(chǎn)生的影響，并提出在層流冷卻階段采用邊部遮擋的方法減小帶鋼殘余應(yīng)力；文獻2（低殘余應(yīng)力熱軋帶鋼層流冷卻工藝的數(shù)值模擬，2012，北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報）研究了層流冷卻過程中殘余應(yīng)力產(chǎn)生的機理，提出在層流冷卻階段將冷卻水橫向采用中凸分布的方式減小帶鋼殘余應(yīng)力的方法。

目前帶鋼殘余應(yīng)力的減量化方法，大多用于層流冷卻階段，但現(xiàn)場跟蹤發(fā)現(xiàn)在層流冷卻階段采取的措施，對于帶鋼殘余應(yīng)力減量化的影響較小。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述存在的問題提供一種通過減小熱軋帶鋼軋后橫向溫差的殘余應(yīng)力減量化的方法，有效的降低熱軋帶鋼的橫向溫差，既能夠不影響帶鋼的性能，又不影響軋制穩(wěn)定性。

上述的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

通過減小熱軋帶鋼軋后橫向溫差的殘余應(yīng)力減量化的方法，該方法為：對于寬度為1050mm-1500mm的帶鋼，厚度為1.8mm-8mm帶鋼，采用分別堵F3-F7機架間冷卻水邊部噴嘴的方法減小熱軋后帶鋼橫向溫差，進而減小殘余應(yīng)力，根據(jù)不同厚度和寬度規(guī)格，設(shè)定帶鋼熱軋后橫向溫差的控制目標，將帶鋼橫向溫差控制在該帶鋼熱軋后橫向溫差的控制目標溫度以下。

所述的通過減小熱軋帶鋼軋后橫向溫差的殘余應(yīng)力減量化的方法，所述的堵F3-F7機架間冷卻水邊部噴嘴的方法的具體方法如下：

當1050mm≤帶鋼寬度＜1150mm時，堵F3-F4之間機架間冷卻水邊部噴嘴，保留中間1000mm范圍冷卻水；

當1150mm≤帶鋼寬度＜1250mm時，堵F4-F5之間機架間冷卻水邊部噴嘴，保留中間1100mm范圍冷卻水；

當1250mm≤帶鋼寬度＜1350mm時，堵F5-F6之間機架間冷卻水邊部噴嘴，保留中間1200mm范圍冷卻水；

當1350mm≤帶鋼寬度≤1500mm時，堵及F6-F7之間機架間冷卻水邊部噴嘴，保留中間1300mm范圍冷卻水。

所述的通過減小熱軋帶鋼軋后橫向溫差的殘余應(yīng)力減量化的方法，所述的根據(jù)不同厚度和寬度規(guī)格，設(shè)定帶鋼熱軋后橫向溫差的控制目標，將帶鋼橫向溫差控制在其該溫度以下的具體方法是：

當1050mm≤帶鋼寬度＜1250mm且1.8mm≤帶鋼厚度＜3mm時，控制帶鋼橫向溫差小于44℃；

當1050mm≤帶鋼寬度＜1250mm且3mm≤帶鋼厚度＜5mm時，控制帶鋼橫向溫差小于49℃；

當1050mm≤帶鋼寬度＜1250mm且5mm≤帶鋼厚度＜8mm時，控制帶鋼橫向溫差小于55℃；

當1250mm≤帶鋼寬度≤1500mm且1.8mm≤帶鋼厚度＜3mm時，控制帶鋼橫向溫差小于30℃；

當1250mm≤帶鋼寬度≤1500mm且3mm≤帶鋼厚度＜5mm時，控制帶鋼橫向溫差小于36℃；

當1250mm≤帶鋼寬度≤1500mm且5mm≤帶鋼厚度≤8mm時，控制帶鋼橫向溫差小于47℃。

有益效果：

通過控制減小熱軋帶鋼的軋后橫向溫差，來減小熱軋帶鋼的殘余應(yīng)力。根據(jù)不同的帶鋼，采用不同的邊部噴嘴堵塞數(shù)量的策略，有效的降低熱軋帶鋼的橫向溫差，既能夠不影響帶鋼的性能，又不影響軋制穩(wěn)定性。本發(fā)明實施以來，熱軋帶鋼的邊浪缺陷明顯減少，帶鋼板形明顯提高。

附圖說明

圖1是軋機和機架間冷卻水布置圖。

圖2為不堵噴嘴帶鋼殘余應(yīng)力分布曲線。

圖3為實驗一帶鋼殘余應(yīng)力橫向分布曲線。

圖4為計算結(jié)果一對應(yīng)殘余應(yīng)力分布曲線。

圖5為計算結(jié)果二對應(yīng)殘余應(yīng)力分布曲線。

具體實施方式

采用減小熱軋帶鋼軋后橫向溫差的方法，實現(xiàn)帶鋼的縱向殘余應(yīng)力減量化。對于寬度為1050mm-1500mm的帶鋼，厚度為1.8mm-8mm帶鋼，采用分別堵F1-F7機架間冷卻水邊部噴嘴的方法減小熱軋后帶鋼橫向溫差，進而減小殘余應(yīng)力。

1、堵機架間冷卻水邊部噴嘴的方法減小帶鋼橫向溫差，經(jīng)過現(xiàn)場多次堵塞實驗，對采用不同堵塞寬度的效果進行跟蹤（包括帶鋼的溫度和殘余應(yīng)力）。實驗結(jié)果如下所示：

實驗及效果：選擇易出現(xiàn)浪形的集裝箱板進行實驗，使用同規(guī)格兩塊帶鋼，寬度均為1200mm,厚度為4.3mm。其中一卷不堵噴嘴，另一組堵噴嘴，并分別對其精軋出口溫度、浪形以及帶鋼殘余應(yīng)力進行跟蹤。橫向溫差大約為55℃，出現(xiàn)邊浪。測量殘余應(yīng)力結(jié)果如圖2所示，大小約為270MPa壓應(yīng)力。應(yīng)力結(jié)果實施F4-F5機架間冷卻水堵噴嘴之后，保留中部1200mm寬度的機架間冷卻水，溫差約為47℃，并且在跟蹤中無浪形出現(xiàn)。為更準確考察堵噴嘴對應(yīng)力減量化的影響，對該帶鋼對應(yīng)位置取樣進行殘余應(yīng)力測量，其應(yīng)力結(jié)果如附圖3所示，邊部殘余應(yīng)力大約為210MPa左右壓應(yīng)力，小于其屈服應(yīng)力。

通過多次類似實驗得出各規(guī)格帶鋼堵塞噴嘴的方法，具體實施方法如下：

當1050mm≤帶鋼寬度＜1150mm時，堵F3-F4之間機架間冷卻水邊部噴嘴，保留中間1000mm范圍冷卻水；

當1150mm≤帶鋼寬度＜1250mm時，堵F4-F5之間機架間冷卻水邊部噴嘴，保留中間1100mm范圍冷卻水；

當1250mm≤帶鋼寬度＜1350mm時，堵F5-F6之間機架間冷卻水邊部噴嘴，保留中間1200mm范圍冷卻水；

當1350mm≤帶鋼寬度≤1500mm時，堵及F6-F7之間機架間冷卻水邊部噴嘴，保留中間1300mm范圍冷卻水。

2、為保證帶鋼最終的板形質(zhì)量，對于不同厚度和寬度規(guī)格，需設(shè)定帶鋼熱軋后橫向溫差的控制目標，當溫差大于該目標時，帶鋼易出現(xiàn)浪形。根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)建立有限元模型，并跟蹤校核模型，得到準確的有限元模型，計算不同精軋出口溫度下，對層流冷卻階段的殘余應(yīng)力的影響。得出不同初始溫度對帶鋼殘余應(yīng)力的影響。

計算結(jié)果一：帶鋼寬度為1100mm,厚度為4mm，初始溫差為49℃。卷取前帶鋼邊部的殘余應(yīng)力為351MPa。該溫度下帶鋼的屈服極限為373MPa。故溫差高于49℃的帶鋼，殘余應(yīng)力會超過帶鋼的屈服極限，帶鋼會產(chǎn)生浪形，故若要使帶鋼有好的板形，需要將該規(guī)格帶鋼初始溫差控制在49℃以下。

計算結(jié)果二：寬度為1400mm，厚度為5.8mm的帶鋼，初始溫差為46℃。經(jīng)過層流冷卻后，帶鋼的殘余應(yīng)力橫向分布如附圖2所示。其邊部的殘余應(yīng)力為372MPa，接近卷取溫度下的屈服極限373MPa，易出現(xiàn)浪形。故需將帶鋼層冷入口初始溫度控制在47℃以下。

用有限元的方法，計算了多組帶鋼層冷冷卻過程的應(yīng)力演變過程，在假設(shè)精軋出口板形良好（無殘余應(yīng)力）的情況下，其他冷卻條件不變，修改初始溫度的分布，和帶鋼輥形，得到殘余應(yīng)力分布，根據(jù)其于該溫度下的屈服極限比較，得出獲得良好最終板形的初始溫度要求，根據(jù)計算結(jié)果，得出各規(guī)格帶鋼初始橫向溫差控制目標如下：

當1050mm≤帶鋼寬度＜1250mm且1.8mm≤帶鋼厚度＜3mm時，控制帶鋼橫向溫差小于44℃；

當1050mm≤帶鋼寬度＜1250mm且3mm≤帶鋼厚度＜5mm時，控制帶鋼橫向溫差小于49℃；

當1050mm≤帶鋼寬度＜1250mm且5mm≤帶鋼厚度＜8mm時，控制帶鋼橫向溫差小于55℃；

當1250mm≤帶鋼寬度≤1500mm且1.8mm≤帶鋼厚度＜3mm時，控制帶鋼橫向溫差小于30℃；

當1250mm≤帶鋼寬度≤1500mm且3mm≤帶鋼厚度＜5mm時，控制帶鋼橫向溫差小于36℃；

當1250mm≤帶鋼寬度≤1500mm且5mm≤帶鋼厚度≤8mm時，控制帶鋼橫向溫差小于47℃。

實施例1：

在某熱軋廠1780生產(chǎn)線實施本發(fā)明。對某批次易出現(xiàn)浪形的帶鋼跟蹤，帶鋼寬度為1300mm，厚度2.75mm。將F5-F6之間的機架間冷卻水的邊部噴嘴進行堵塞，堵塞至中間剩余1200mm，跟蹤精軋出口溫度，邊部和中部的平局溫差為27℃，且溫差均小于30℃，滿足本發(fā)明的溫度控制目標。跟蹤帶鋼的板形，帶鋼均未出現(xiàn)浪形，根據(jù)浪形理論，說明帶鋼殘余應(yīng)力減小。

圖3為一卷該種帶鋼的頭部200m位置和尾部200m位置。生產(chǎn)該帶鋼尾部時開機架間冷卻水，優(yōu)化手段起作用；而生產(chǎn)帶鋼頭部時沒有開機架間冷卻水，優(yōu)化手段不起作用（相當于未實施該技術(shù)）。

未實施本發(fā)明帶鋼有明顯浪形，而實施本發(fā)明后沒有可見浪形的出現(xiàn)。說明采取的優(yōu)化工藝對于帶鋼浪形的調(diào)節(jié)有一定作用，即本發(fā)明可以實現(xiàn)殘余應(yīng)力減量化。

實施例2：

某批次帶鋼，寬度為1400mm，厚度為3.5mm。將F6-F7機架間冷卻水邊部噴子堵塞，至中間剩余1300mm跟蹤精軋出口溫度，邊部和中部的平均溫差為32℃，且溫差均小于36℃，滿足本發(fā)明的溫度控制目標。跟蹤帶鋼的板形，帶鋼均未出現(xiàn)浪形，根據(jù)浪形理論，說明帶鋼殘余應(yīng)力減小。